Из чего состоит стеклопластик: основные компоненты

Стеклопластики – прочные и долговечные материалы, которым не страшна коррозия, влажность, механические удары и перепады окружающей температуры. Они универсальны в использовании – подходят для промышленного производства и для бытового применения. Их легко обрабатывать механическим и автоматизированным способом.

Стеклопластики многообразны – они бывают в виде листов, труб, автомобильных деталей и даже пуговиц. Это целая группа композитных материалов, у которых есть множество особенностей по составу, методикам производства и свойствам. И этого зависят характеристики изделий, которые изготовлены из определенной стеклопластиковой основы.

В общем виде состав стеклопластика включает наполнитель, связующие вещества. Он также включает несколько модифицирующих добавок, которые инициируют реакцию, служат отвердителями, ускорителями, стабилизаторами реакций, необходимы для пластификации веществ и создания определенного температурного режима. В некоторых случаях в состав вводят пигментирующий компонент для придания определенного оттенка готовому изделию.

Виды стекловолокнистых наполнителей

Стеклопластик армируется стекловолокнами. Основным сырьем для этого выступает стеклянный бой – использованная стеклотара, битые оконные стекла, а также различные некондиционные изделия из стекла. Нитевидные наполнители – это армирующие элементы, которые необходимы для обеспечения структурной жесткости материала и повышения его прочности. Их создают методом текстильной переработки кварцевых нитей и первичных стеклянных волокон путем вытягивания расплавленного стекла до диаметра в пределах 6-20 микрометров. Они могут быть в виде:

• Стеклотканевого полотна особой структуры, тканых матов, лент.
• Стеклоровинга (ровницы) в виде прядей или нескрученных волокон.
• Жгутов, шпагатов и нитей на основе первичных скрученных волокон.

Чем прочнее использован основной наполнитель, тем лучше он будет армировать и обеспечивать структурную жесткость. В результате стеклопластиковое изделие получится более износостойким и долговечным. С этой целью для обеспечения повышенной прочности, применяются специальные наполнители из высокомодульных стекловолокон, модуль упругости которых составляет более 50 Гпа.

Связующие смолы для СПМ

При производстве стеклопластика используются связующие вещества из полимерных синтетических смол. Они необходимы для того, чтобы:

• «Связать» наполнитель и остальные компоненты для образования единого монолита.
• Равномерно распределить внутреннее напряжение и компенсировать механическую нагрузку на материал извне.
• Защитить стекловолокно от внешних негативных воздействий.
• Сформировать изделие с заданными параметрами по нужным размерам и конфигурации.

При использовании смол образуется полимерная матрица. Она предопределяет физико-химические параметры материала. От свойств матрицы зависит:

• Методика производства продукции из стеклопластика.
• Способ утилизации отходов, полученных при изготовлении.

Связующие смолы напрямую влияют на поведение стеклопластика при нагреве – как он будет вести себя при нагревании и насколько сохранит форму после застывания материала.

В изготовлении используется две разновидности смол:

• Термореактивные. Это вещества – карбамиды, полиэфиры, компоненты с эпоксидными или феноло-формальдегидными веществами. Они состоят из макромолекул, их частицы соединяются пространственными ковалентными связями. Стеклопластик, произведенный на их основе имеет необратимую структуру. При использовании реактопластов обеспечивается неплавкость веществ и способность затвердевать при повышении температуры. То есть стеклопластик на реактопластах формуется один раз и в дальнейшем не перерабатывается.
• Термопластичные. Это смолы полиамида, полистирола, полиэтилена. У них линейная молекулярная структура, поэтому такой стеклопластик при нагревании легко расплавляется, а после охлаждения сохраняет свою форму. Это позволяет повторно перерабатывать изделия, если они утратили свои функциональные качества. Именно поэтому применять такой материал проще, а производственные издержки – намного ниже.

Области применения

Стеклопластик – универсальный материал, ему можно придавать любую форму, окрашивать в разные цвета, если добавить окрашивающий компонент. Он очень прочный, долговечный, не коррозирует и не подвержен эрозии. И поэтому он используется в разных областях.

Стеклопластик востребован в производстве беседок для частных домов и баз отдыха, навесов, бассейнов, фонтанов, искусственных прудов для сада. Он применяется для изготовления других архитектурных и ландшафтных элементов для украшения, зонирования пространства.

В автомобильной промышленности подходит:

• Для создания бамперов, багажников, фар.
• Для изготовления элементов салона.
• Для производства гоночных автомобилей.

В судостроении используется:

• Для изготовления корпусов малотоннажных судов, моторных лодок, спортивных водных плавсредств, скутеров, а также других элементов водного транспорта разного типа.
• Для выпуска кабин, крышек люков, ходовых мостов, двигателей.

В промышленности стеклопластик служит основой для создания ливневок, труб. Из него изготавливают коллекторы, канализационные септики, фильтроэлементы, отстойники. Также это могут быть трубы для нефтехимической и газовой промышленности различные цистерны для воды и химвеществ, производственные емкости и резервуары.

Материал применяется в строительстве при проведении внутренних и наружных строительных работ. Так, изготавливают стеклопластиковые фасадные элементы, декоративную лепнину, отделочные детали для частных и многоквартирных домов. Также востребована стеклопластиковая арматура – она служит отличной альтернативой стандартной металлической проволоке при заливке фундамента в малоэтажном строительстве.

Стеклопластиковые материалы являются основой и для изготовления внутренних перегородок для жилых домов и дачных коттеджей. Они используются в комбинации с сотовыми панелями – получается многослойный «пирог» с высокой прочностью, прекрасными звукоизоляционными параметрами.

Листовой стеклопластик – это основной материал для облицовки стен внутри помещений и для отделки фасадов домов, а также коммерческих зданий. Им иногда покрывают крышу, создают навесы.

Применяется в строительстве и ремонте также жидкий стеклопластик – например, для укрепления различных строительных элементов, теплоизоляции, фиксации инженерной сети, дополнительной поддержки труб. Кроме того, из стеклопластикового материала создают посуду, инвентарь, производят мебель и различные элементы интерьера.

Классификация по виду исполнения

Стеклопластик многолик, он может состоять из различных компонентов, бывает в разном виде, что предопределяется технологией его производства. Так различают листовые, жидкие, формованные и многие другие варианты стеклопластика, и у каждого из них есть свои особенности.

Формованный стеклопластик.

Его получают контактным формованием – пропиткой стекловолокон полимерами валиками или с помощью кистей. В результате получаются стекломаты, их помещают в формы и обрабатывают для удаления из структуры пузырей, удаления грата. В некоторых случаях в матах делают пазы и дополнительные отверстия для последующего технологического применения.

Для формования иногда используется инфузия. К матрице вплотную прикладывается герметичная пленка, создается рабочая поверхность с армирующими элементами, изделие втягивается и пропитывается. Для данного метода походят разные типы смол, в том числе, полиэфирные. Их выбор зависит от особенностей и свойств изделия, которое будет сформовано.

• Это доступный и простой метод производства, он не ограничен по типу составляющих веществ.
• Методика оптимальна как для изготовления небольших элементов, так и крупного размера.
• С ее помощью можно произвести крупногабаритные изделия с нестандартным размером, сложной формой.
• Требуется минимальный набор инструментов для работы.
• Используются недорогие «трафареты» для изготовления – в отличие от горячего прессования, формование валиком не провоцирует серьезной нагрузки, поэтому можно использовать и неукрепленные формы для изготовления.

Однако наладить массовое производство таким способом проблематично. К тому же с ручным формованием не получится точно регулировать количество использованного наполнителя. К тому же это трудоемкая методика, она требует немало времени для создания нужного изделия.

Напыление.

Материал производится с помощью специальных машин для напыления смолы по матричной технологии. Чаще всего для выпуска используется непрерывное волокно, которое при изготовлении рубится установкой на отдельные сегменты. В составе такого СВМ используется стеклоровинг, отвердители и полиэфирные смолы ненасыщенного типа с ускорителем реакции.

Метод намотки.

Для этого стеклянные волокна пропускают через ванную со связующими компонентами и затем натягиваются через валики, что придает изделию форму и избавляет от излишков смолистого вещества.

Способ подходит для изготовления емкостей, труб и других фасонных элементов округлой конфигурации с пустыми полостями. Он хорош тем, что легко регулировать пропорции веществ, производство происходит быстро и просто. Сами изделия отличаются точными размерами, обладают ориентированной структурой, могут быть с различным диаметром и конфигурацией. Это как миниизделия длиной в пару сантиметров, так и крупногабаритные корпуса маяков, судов, цистерны.

Однако методика требует использования дорогостоящего оборудования, поэтому производство и обслуживание сложное, затратное.

Рулонное стекловолокно.

Этот композитный листовой материал имеет гибкую структуру. Он пластичен, не пропускает влагу, отличается низкой теплопроводностью. Стеклопластик в виде рулонов – это чаще всего основа для строительных, отделочных работ.

Листы.

Листовой стеклопластик изготавливают на основе рубленого стекложгута. Его выпускают с прозрачной структурой и тонированным. В первом случае листы используются для объектов, где важно обеспечить прочность и доступ света. Во втором исполнении листовые стеклопластики являются прекрасным декоративным материалом.

Изделия хорошо рассеивают свет, они отличаются высокой прочностью, относительно легкие по весу. Профилированные стекломатериалы.

Для производства изделий данного типа используется прессование с обязательной протяжкой пропитанного полиэфиром ровинга. На изделие оказывается давления для того, чтобы равномерно распределить его в форме, уплотнить, придать конструкции окончательную монолитную структуру.

Профилированные изделия выпускают в виде конструктивных деталей – уголков, стержней, армирующих частей, прутков и других. Также прессованием стекломатериала изготавливается различный спортивный инвентарь, мебель, декоративная продукция.

Термостойкие стеклопластики

В группу входят составы, произведенные на фенолоформальдегиднофурфуроловых смолах и полиамидах. У материалов термостойкого типа высокая механическая прочность, они легко выдерживают не меньше трех сотен градусов без ущерба для «диэлектрики» и физико-механических показателей.

Конструкционные стеклопластики

Производятся с наполнителями и связующими элементами, отличаются показателями прочности, в зависимости от использованного наполнителя. В среднем прочность на изгиб составляет 10 Гпа, на сжатие – 520 Мпа, а при растяжении – показатель в пределах 640 Мпа.

Радиопрозрачные стеклопластики

Данные материалы отличные диэлектрики, потому что для производства используется кварцевая основа и связующий кремнийорганический компонент. У них высокая прочность при растяжении – около 350 Мпа и сжатии, при изгибе – двести семьдесят Мпа, а 4,6 – составляет параметр диэлектрической проницаемости.

У стеклопластиков может быть разный состав, однако в любом исполнении, у них есть масса достоинств. Среди преимуществ:

• Относительно небольшой вес – в пределах от 0,4 до 1,1 г на кубический сантиметр. Даже если сравнить с легкими сплавами дюралюмина весом 2,8 г/см3, то очевидное преимущество на стороне стеклопластика. Благодаря этому, при использовании материала в производстве водного или воздушного транспорта значительно снижается нагрузка на конструкцию и можно более продуктивно использовать полезную массу. К примеру, увеличить расстояние перевозки за счет повышения объема топливного бака.
• Коррозионная стойкость. Материалу не страшна электрохимическое разрушение, так как он является диэлектриком.
• Высокие диэлектрические качества. Данный материал – это электроизолятор, который неактивен как по отношению к постоянному, так и к переменному электротоку.
• Устойчивость к химическим веществам. При использовании полиэфирных смол, а также некоторых других удается создать материал, устойчивый к агрессивным веществам – даже кислотам и щелочной среде.
• Эстетичность. Стеклопластичная масса хорошо окрашивается, что дает возможность производить декоративные изделия с привлекательным видом. Существуют даже полностью светопрозрачные стекловолокна, которые не уступают стеклам, но при этом превосходят их по прочности.
• Прочность. Материал и изделия из него стойко переносят механические воздействия. Некоторые виды отличаются более высокой механической стойкостью, чем металлы.
• У стеклопластика минимальная теплопроводность. А если при изготовлении создается «многослойный пирог», то с такой пористой структурой теплопроводность еще больше увеличивается.
• Разнообразие. Стеклопластик может состоять из различных видов наполнителей, смол, выпускаться в разных тонах, степени прочности, иметь разнообразную форму, создаваться многослойным и в один слой.
• Относительная простота производства. Есть много технологий для создания – от ручного изготовления до выпуска с использованием высокотехнологичного оборудования. А это позволяет выбрать подходящий вариант по скорости, стоимости, трудозатратам.

В нашем каталоге вы найдете: